[0001] Die Erfindung betrifft einen Filtereinsatz der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
[0002] Ein derartiger Filtereinsatz zur Filterung von Gasen, insbesondere von Luft, ist
aus der DE-OS 19 30 715 bekannt. Dabei besteht der Filtereinsatz aus einem Filtermedium,
aus einem aushärtbaren Werkstoff. Desweiteren ist das Filtermedium im Zick-Zack gefaltet
und in einem rechteckigen Rahmen befestigt. Beim Filtervorgang tritt das zu filternde
Medium von einem Kantenbereich der Zick-Zack-Faltung in Richtung auf den gegenüberliegenden
Kantenbereich der Faltung durch die Faltenwand hindurch. Aus Faltenwänden der Zick-Zack-Faltung
treten eingeprägte Vorsprünge beidseitig hervor. Die Vorsprünge sind dabei so angeordnet,
daß jedem erhabenen Vorsprung in der Faltenwand ein entsprechender ebenfalls erhabener
Vorsprung in der benachbarten Faltenwand derart zugewandt ist, daß diese Vorsprünge
durch die Zick-Zack-Faltung aufeinander zu liegen kommen und sich im Bereich der Berührungsflächen
abstützen.
[0003] Als nachteilig erweist sich dabei, daß das Filtermedium Kunstharz oder einem anderen
aushärtbaren Stoff enthält. Dadurch sind nämlich die Filtereigenschaften des Filtermediums
aufgrund der durch Einlagerung bzw. Beschichtung sich ergebenden erhöhten Druckdifferenz
eingeschränkt. Der die Formstabilität des Filtermediums erhöhende, eingebrachte Binder,
insbesondere in Form von Kunstharzen, verringert die Durchlässigkeit. Höhere notwendige
Kräfte, verstärkte Geräuschentwicklung und eine geringere Lebensdauer des Filtereinsatzes
sind die Folge. Desweiteren ist das Filtermedium aufwendig herzustellen, da jeweils
der Binder bzw. das Kunstharz zusätzlich eingebracht werden muß.
[0004] Es ist weiterhin aus der DE-OS 28 13 356 ein aus Kunststoffasern bestehendes Filtermedium
bekannt, das bei hoher Durchlässigkeit eine allerdings nur geringe Formbeständigkeit
aufweist. Nachteilig ist dabei allerdings, daß dieses Material wegen seiner watteartigen
Konsistenz mit geringer Quer- bzw. Längssteifigkeit seine Form nicht beibehält.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Filtereinsatz der eingangs genannten
Gattung auf einfache Weise eine bleibende Formgebung zu ermöglichen, wobei die günstigen
Filtereigenschaften in den unverformten Bereichen erhalten bleiben sollen.
[0006] Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0007] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch Beigabe mindestens eines Anteils
von thermoplastischen Fasern und bleibender Verformung durch Wärmebehandlung unter
Verschweißung Bereiche höherer Steifigkeit innerhalb der Filterschicht gezielt herstellbar
sind, wobei trotz der durch Verschweißen erhöhten Materialdichte die Filtereigenschaften
in den für den Durchtritt des zu filternden Mediums maßgeblichen Bereichen im wesentlichen
unbeeinträchtigt bleiben.
[0008] Durch die Möglichkeit, einzelne Filterlagen zu verbinden und somit durch thermisches
Verkleben ein Lösen der einzelnen Lagen voneinander zu verhindern, aber auch aufgrund
der verbesserten hohen örtlichen Quer- bzw. Längssteifigkeit sind die erfindungsgemäß
behandelten Filtermedien faltbar und für übliche Filtereinsätze geeignet.
[0009] Die thermoplastischen Fasern werden in den für den Mediumdurchsatz wesentlichen
(nicht geprägten) Bereichen im nicht oder nur soweit thermisch behandelt, wie die
Filtereigenschaften nicht beeinträchtigt werden. In den geprägten Zonen, welche
das Filtermedium in der gewünschten Zick-Zack-Faltung im notwendigen Abstand halten,
erhalten die ausgeprägten Zwischenstege die notwendige Festigkeit, um die Form des
Filtermaterials bis zum Ende der Benutzungszeit sicher aufrechtzuerhalten. Auf diese
Weise läßt sich bei einem relativ weichen und formflexiblen Medium durch einen einfachen
Vorgang lokal hohe Formfestigkeit erzielen, ohne daß zusätzliches Material aus einem
anderen Grundstoff verwendet werden müßte. Die örtliche Verteilung der festigkeitserhöhenden
Maßnahmen wird exakt entsprechend den belastungsmäßigen Erfordernissen vorgenommen.
Dabei lassen sich bei bevorzugten Ausführungsformen gleichzeitig Falze für Faltkanten
oder rippenartige Versteifungen erzeugen. Die Kompression unter thermischer Einwirkung
kann graduell unterschiedlich erfolgen, wobei im Extremfall eine vollständige Verdichtung
vorgenommen werden kann, so daß lokal keinerlei Lufteinschlüsse mehr in den Filterschichten
verbleiben.
[0010] Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß eine eventuelle durch den Prägevorgang hervorgerufene
Materialschwächung nicht nur kompensiert, sondern sogar durch lokale Versteifungen
ausgeglichen wird.
[0011] Die aus Kunststoffasermaterialien bestehenden Filtermedien weisen in vorteilhafter
Weise einen höheren Abscheidegrad und geringere Druckdifferenzen gegenüber herkömmlichen
Glasfasermaterialien auf. Daraus resultiert eine geringere notwendige Förderleistung
und eine höhere Lebensdauer der Filtereinsätze. Hinzu kommt auch noch, daß die entsprechenden
Antriebsmittel mit abnehmender Leistung weniger Geräusche verursachen. Vorteilig ist
weiterhin, daß durch das Einprägen der Vorsprünge in das Filtermedium deren Wandungen
trotz geschwächter Wandstärke ein gute Stabilität aufweisen. Damit kann trotz einer
verringerten Zahl von Vorsprüngen die Filterfläche noch vergrößert werden. Der Strömungswiderstand
wird dabei herabgesetzt und es sind homogene Strömungsverhältnisse gewährleistet.
Daraus resultieren sowohl eine geringere Absaugleistung als auch eine reduzierte Geräuschentwicklung
der Filteranlage sowie eine erhöhte Lebensdauer des Filtereinsatzes.
[0012] Durch die durch das Verschweißen erhaltene Formfestigkeit, läßt sich das Filtermedium
maschinell und automatisch fertigen.
[0013] Durch den thermoplastischen, bereichsweise verschweißten Faseranteil wird in vorteilhafter
Weise die Stabilität und die Aussteifung des Filtereinsatzes an vorbestimmten Bereichen,
insbesondere an Vorsprüngen, entsprechenden Übergangsbereichen und Faltenkanten,
erhöht. Die dadurch erzielbare verringerte Anzahl von Vorsprüngen erweist sich als
zusätzlich vorteilhaft, da ein günstiges Verhältnis der wirksamen Filterfläche zur
Gesamtoberfläche der Faltenwände erreicht wird. Weiterhin können den Strömungsverhältnissen
entsprechende zusätzliche lokale Aussteifungen vorgenommen werden. Die Filtereinsätze
lassen sich somit auch als Einwegartikel erzeugen, welche kostengünstig her stellbar
sind und eine lange Standzeit aufweisen. Die aus thermoplastischem Werkstoff bestehenden
Filterwandungen brauchen desweiteren nicht mit festen Abstandshaltern oder Aussteifungen
aus Fremdmaterial versehen zu werden.
[0014] Insbesondere sind auch folgende vorteilhafte Weiterbildungen günstig:
[0015] Nahtförmige Bereiche lassen sich durch entsprechende Druck- und/oder Temperaturbedingungen
verursachtes Verschweißen von Fasern erzeugen und im Inneren des Filtermediums anordnen.
Die Fasern sind dabei ohne wesentliche Hohlräume miteinander verbunden. Das durchlässige
Filtermedium ist mehrlagig ausgebildet, wobei einzelne Lagen bereichsweise miteinander
verschweißt sind, so daß ein Ablösen der einzelnen Lagen verhindert wird. Weiterhin
ist vorteilhaft, wenn das durchlässige Filtermedium Fasern, mindestens aber Faseranteile,
aus Polypropylen, Cellulose, Polycarbonat, Polyamid, Teflon und/oder Polyester enthält.
Mindestens eine der äußeren Lagen des mehrlagigen Filtermediums ist derart als siebartig
gelochte, folienartige Schutzschicht ausgebildet, daß es die Fasern der inneren Lagen
vor mechanischem Abtrag schützt. Die Schutzschicht kann dabei selbst auch aus thermoplastischem
Werkstoff bestehen. Durch diesen Aufbau ist ein ausreichend hoher thermoplastischer
Werkstoffanteil innerhalb des Filtermediums vorhanden und die Filtereigenschaften
können den Anforderungen angepaßt werden. Als günstig erweist es sich auch, wenn
die nahtförmigen verschweißten Bereiche in Form eines Filmscharniers ausgebildet werden.
Weiterhin weisen die eingeprägten Vorsprünge nahtförmige, ausgesteifte Be reiche
auf. Die einander zugewandten Vorsprünge benachbarter Faltenwände sind bevorzugt
miteinander verschweißt. Dadurch wird die Festigkeit des Filtereinsatzes heraufgesetzt
ohne zusätzliches Klebstoffmaterial, zum Verkleben oder Aussteifen, auf den Filtereinsatz
aufzubringen. Weiterhin wird eine homogene, materialeinheitliche Oberflächenbeschaffenheit
des Filtermediums gewährleistet.
[0016] Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das folienartige Filtermedium durch Erwärmen
vorbestimmter Bereiche bei definierter Temperatur und definiertem Druck, gleichzeitig
oder nacheinander, durch Walzen bzw. Stempel mit nahtförmigen Bereichen versehen
wird. In diesen Bereichen werden thermoplastische Fasern bereichsweise verdichtet
und verschweißt und das Filtermedium weist somit eine erhöhte Längs- bzw. Quersteifigkeit
auf. Dabei werden zunächst nacheinander nahtförmige, insbesondere quernahtförmige,
Bereiche durch Schweißung und Verformungen, im wesentlichen Vorsprünge, in Form von
thermischen Prägungen des Filtermediums erzeugt. Anschließend wird das Filtermedium
so gefaltet, daß die benachbarten, einander zugewandten Vorsprünge aneinander anliegen.
Die Vorsprünge können wahlweise vor dem Zusammenfalten von einer zugeordneten Heizvorrichtung
noch so hoch erhitzt und angeschweißt werden, daß die verflüssigten Oberflächenbereiche
der Vorsprünge erst nach dem Zusammenfalten des Filtermediums, wenn die angeschweißten,
benachbarten, einander zugewandten Vorsprünge aneinander anliegen, miteinander verschweißen,
verdichten und aushärten. Dem Filtermedium wird vorteilhaft die Wärmeenergie wahlweise
durch Infrarotstrahler, Ultraschall, Laserstrahl und/oder, insbesondere kammförmige
oder walzen- bzw. stempelförmige, Heizelemente bereichsweise zugeführt.
[0017] Durch das Verdichten und Verschweißen erhält das Filtermedium die notwendige Eigensteifigkeit.
Somit kann es ohne größeren fertigungstechnischen Aufwand gefaltet und miteinander
verklebt werden. Zusätzlich wirken die quernahtförmigen Bereiche beim Faltvorgang
als Sollbiegestellen bzw. als Filmscharniere. Ebenfalls durch die thermische und mechanische
Behandlung wird im Bereich der Faltkanten, also im quernahtförmigen Bereich, ein Herausragen
der Fasern aus dem Filtermedium und ein Abbrechen der Fasern des Filtermediums verhindert.
[0018] Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1a eine perspektivische Ansicht eines Teils eines ersten Ausführungsbeispiels
des Filtermediums der Erfindung,
Figur 1b eine entsprechende Draufsicht,
Figur 2 einen Querschnitt durch zwei aneinander anliegende Vorsprünge von Faltenwänden,
die miteinander verschweißt sind, in vergrößerter Darstellung,
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Herstellungverfahrens
des Filtermediums, sowie
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Abschnitts des Bearbeitungsverfahrens
des Filtermediums.
[0019] In den Figuren 1a und b ist jeweils ein Ausschnitt eines Filtermediums 11, bestehend
aus einem Filtermaterial mit aus thermoplastischen Werkstoff bestehenden Fasern, dargestellt,
das durch Zick-Zack-Faltung zu einem im wesentlichen quaderförmigen Filtereinsatz
12 geformt ist.
[0020] Der quaderförmige Filtereinsatz 12 paßt in bekannter Weise in einen hier nicht dargestellten
Rahmen, der den Filtereinsatz 12 zusätzlich stabilisiert. Der Filtereinsatz kann
- je nach Anwendungsfall - gegebenenfalls auch rahmenlos ausgebildet sein, wobei die
Außenabmessungen an die für den Filtereinsatz 12 vorgesehene Ausnehmung dem entsprechenden
Aufnahmeteil angepaßt sind. Der Filtereinsatz 12 wird von einer Eintrittsseite 13
durch das zu filternde Medium angeströmt, von wo das Strömungsmittel durch das Filtermedium
11 in Richtung einer gegenüberliegenden Austrittsseite 14 strömt, von der es über
eine geeignete Abfuhrleitung abgezogen wird oder frei abströmt.
[0021] Das Filtermedium 11 ist zick-zackförmig gefaltet, wobei eine Anzahl von Faltenwänden
15 bis 22 jeweils eine Falte bilden. Die Faltenwände 15 und 16 sind durch einen Falz
23 auf der Eintrittsseite 13, die angeströmt wird, miteinander verbunden. Ebenso
sind die Faltenwände 17 und 18 durch einen Falz 24, die Faltenwände 19 und 20 durch
einen Falz 25 und die Faltenwände 21 und 22 durch einen Falz 26 miteinander verbunden;
wohingegen die Faltenwände 16 und 17 durch einen Falz 27 auf der Seite 14 miteinander
verbunden sind. In der gleichen Art und Weise sind die Faltenwände 18 und 19 durch
einen Falz 28 und die Faltenwände 20 und 21 durch einen Falz 29 auf der Austrittsseite
14 miteinan der verbunden. Die Falze 23 bis 29 bilden dabei entsprechende Faltenkanten
23 bis 29. Durch diese Faltung wird die Filtereinsatzoberfläche vergrößert und der
Abscheidegrad des Filtereinsatzes 12 heraufgesetzt. Diese Verbesserung resultiert
aus einer Optimierung der Geschwindigkeitsverteilung und Senkung der Druckdifferenz.
Die Lebensdauer ist gegenüber herkömmlichen entsprechenden Filtern erhöht.
[0022] Die Faltenwände 15 bis 22 weisen materialeinheitliche Vorsprünge 30 auf, die durch
Prägung des Filtermediums 11 ausgebildet wurden. Die Vorsprünge 30 weisen in Bewegungsrichtung
des zu filternden Mediums eine konstante Breite auf. Dabei ist die Breite geringer
als die Höhe der maximalen Erhebungen der Vorsprünge bezogen auf die Ebene der Faltenwand.
Die Seitenwandungen 300 der Vorsprünge 30 erstrecken sich senkrecht zu den die Faltenwände
15 bis 22 miteinander verbindenden Falzen 23 bis 29. Dabei weisen die Vorsprünge 30,
ausgehend von den Falzen 27 bis 29 in Richtung auf die Falze 23 bis 26, eine zunehmende
Höhe bezogen auf die Ebene der Faltenwände 15 bis 22 auf.
[0023] Der Berührungsbereich ist in Form einer rechteckigen Berührungsfläche der Vorsprünge
30 ausgebildet. Dadurch erhöht sich die Stabilität des Filtereinsatzes. Durch die
Prägung der Faltenwände 15 bis 22 wird die Oberfläche des Filterelements entsprechend
vergrößert, wobei der zusätzliche benötigte Werkstoff aus der zu prägenden Faltenwand
durch den Prägevorgang gezogen wurde. Dadurch sind die Wandungen der Vorsprünge 30
entsprechend dünner ausgebildet.
[0024] Im geprägten Bereich, d.h. überall dort, wo das Filtermaterial Zonen auweist, die
aus der Ebene, die sich bei Streckung der Zick-Zack-Lagen ergibt, herausragen ist
die thermische Verfestigung gemäß der Erfindung vorgesehen, wie es weiter unten näher
erläutert ist. Auf diese Weise werden feste Stege gebildet, welche dem Filter eine
feste Struktur geben. Wegen der Festigkeit (und damit Belastbarkeit) der Stege kann
deren Abstand vergrößert werden, so daß wegen der damit verbundenen Vergrößerung der
Filterflächen dessen Effektivität vergrößert wird.
[0025] Die Vorsprünge 30 benachbarter Faltenwände 15 bis 22 liegen zur Abstandssicherung
und Aussteifung aneinander an. Dabei sind die einander zugewandten Vorsprünge einander
benachbarter Faltenwände miteinander verschweißt. Die aneinander anliegenden Vorsprünge
30 zweier über einen Falz 27 verbundenen Faltenwände 16 und 17 sind in Richtung auf
den jeweils gegenüberliegenden Falz 23 und 24 in ihrer Höhe, bezogen auf die jeweilige
Faltenwand 16 oder 17, zunehmend ausgebildet, so daß zwischen diesen Faltenwänden
16 und 17 ein in Bewegungsrichtung des Mediums abnehmender bzw. nach Durchtritt des
Mediums durch die jeweilige Faltenwand 16 oder 17 anwachsender Abstand festliegt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei insgesamt laminarer Strömung die gesamte
Fläche des Filtermediums gleichmäßig ausgenutzt wird und entlang des Transportwegs
des Mediums keine Druckschwankungen auftreten, welche den Strömungswiderstand in unerwünschter
Weise vergrößern.
[0026] Die Vorsprünge 30 sind entlang von Geraden 31 bis 34, die zueinander gleiche Abstände
aufweisen, angeordnet. Dabei treten die Vorsprünge derart abwechselnd aus den Seiten
13 und 14 hervor, daß die Vorsprünge 30 auf den Geraden 31 und 33 aus der Eintrittsseite
13 hervortreten und die weiteren Vorsprünge 30, die entlang der Geraden 32 und 34
angeordnet sind, aus der Austrittsseite 14 hervortreten. Durch diese abwechselnde
Anordnung der Vorsprünge 30 wird die Stabilität erhöht, da sowohl auf der Eintrittsseite
13 als auch auf der Austrittsseite 14 die Faltenwände in einem zueinander vorbestimmten
Abstand gehalten werden.
[0027] Das durchlässige Filtermedium 11 enthält aus einem thermoplastischen Werkstoff bestehende
Fasern. Die thermoplastischen Fasern sind dabei in einem solchen Anteil enthalten,
daß das Filtermedium 11 mittels lokaler thermischer Behandlung bereichsweise verschweißt
und somit in sich selbst verdichtet bzw. ausgesteift und mit gleichartigem Material
verbunden ist.
[0028] Nahtförmige Bereiche, im wesentlichen die Faltenkanten 23 bis 29, sind durch entsprechende
Druck- und/oder Temperaturbedingungen verursachtes Verschweißen von Fasern erzeugt
und weisen jeweils die Form eines Filmscharniers auf. Die Fasern sind dabei ohne wesentliche
Hohlräume miteinander verbunden. Das durchlässige Filtermedium 11 ist mehrlagig ausgebildet,
wobei einzelne Lagen in nahtförmigen Bereichen miteinander verschweißt sind. Die
äußeren Lagen bestehen aus Polypropylen, also aus thermoplastischem Werkstoff, und
sind derart als siebartig gelochte, folienartige Schutzschicht ausgebildet, daß es
die aus watteförmigen Polycarbonat bestehenden Fasern der inneren Lagen vor mechanischem
Abtrag schützt. Durch diese Anord nung können die Filtereigenschaften den Anforderungsbedingungen
des Herstellungsprozesses sowie des Filterprozesses durch thermische Behandlung angepaßt
werden. Dabei sind sowohl die äußeren Lagen als auch das innere Filtermedium bereichsweise
miteinander verschweißt, verdichtet und ausgesteift.
[0029] Die zunächst durch die Prägung instabil gewordene Wandung der Vorsprünge 30 ist durch
thermische Behandlung ausgesteift worden. Ebenso sind unter Wärmeeinwirkung die einander
zugewandten, benachbarten, aneinander anliegenden Vorsprünge 30 miteinander verschweißt.
Die eingeprägten Vorsprünge 30 weisen längsnahtförmige, ausgesteifte Bereiche 301
auf. Durch das Verschweißen der Vorsprünge miteinander wird die Festigkeit des Filtereinsatzes
12 heraufgesetzt ohne zusätzliches Klebstoffmaterial, zum Verkleben oder Aussteifen,
auf den Filtereinsatz 12 aufzubringen. Weiterhin wird eine homogene Oberflächenbeschaffenheit
des Filtermediums 11 gewährleistet.
[0030] Bei dem Verfahren zur Herstellung des folienartigen Filtermediums 11 wird durch
Erwärmen vorbestimmter Bereiche bei definierter Temperatur und definiertem Druck,
gleichzeitig oder nacheinander, durch Walzen bzw. Stempel das Filtermedium 11 mit
längs- 301 und quernahtförmigen Bereichen versehen. Die quernahtförmigen Bereiche
bilden die Faltenkanten 23 bis 29. In diesen Bereichen werden die thermoplastischen
Fasern bereichsweise verdichtet und verschweißt. Das Filtermedium 11 weist somit
eine erhöhte Längs- bzw. Quersteifigkeit auf. Dabei werden zunächst nacheinander längsnaht-
301 und insbesondere quernahtför mige die Faltenkanten 23 bis 29 bildende Bereiche
durch Schweißung und Verformungen, im wesentlichen Vorsprünge 30, in Form von thermischer
Prägung des Filtermediums 11 erzeugt. Die Vorsprünge 30 werden anschließend von einer
zugeordneten Heizvorrichtung so hoch erhitzt und angeschweißt, daß die verflüssigten
Oberflächenbereiche der Vorsprünge 30 erst nach dem Zusammenfalten des Filtermediums
11, wenn die angeschweißten, benachbarten, einander zugewandten Vorsprünge 30 aneinander
anliegen, miteinander verschweißen, verdichten und aushärten. Dem Filtermedium 11
wird dabei die Wärmeenergie wahlweise durch Infrarotstrahler, Ultraschall, Laserstrahl
und/oder, insbesondere kammförmige oder walzen- bzw. stempelförmige, Heizelemente
bereichsweise zugeführt.
[0031] Durch das Verdichten und Verschweißen erhält das Filtermedium 11 die notwendige
Eigensteifigkeit. Somit kann es ohne größeren fertigungstechnischen Aufwand gefaltet
und miteinander verklebt werden. Zusätzlich wirken die quernahtförmigen Bereiche
beim Faltvorgang als Sollbiegestellen bzw. als Filmscharniere. Ebenfalls durch die
thermische und mechanische Behandlung wird im Bereich der Faltkanten 23 bis 29,
also im quernahtförmigen Bereich, ein Herausragen aus dem Filtermedium 11 und ein
Abbrechen der Fasern des Filtermediums 11 verhindert.
[0032] In Figur 2 sind zwei aneinander anliegende Vorsprünge 36 und 37 eines weiteren Ausführungsbeispiels
im Querschnitt vergrößert dargestellt, die in Faltenwände 38 und 39 eingeprägt sind.
Der Filtereinsatz 12 mit eingeprägten Vorsprüngen 36 und 37 entspricht dabei im wesentlichen
dem anhand der Figuren 1a und 1b dargestellten Filtereinsatz 12. Die Vorsprünge 36
und 37 sind ausgehend von einem Falz 40 in Richtung auf die, hier nicht sichtbaren,
gegenüberliegenden Falze mit zunehmender Höhe in bezug auf die jeweilige Ebene der
Faltenwände 38 und 39 ausgebildet. Die Breite der Vorsprünge 36 und 37 ist konstant.
Dabei ist diese Breite geringer als die Höhe der maximalen Erhebungen der Vorsprünge
36 und 37 bezogen auf die jeweiligen Faltenwände 38 und 39.
[0033] Auch dieses Filtermedium 11 enthält aus thermoplastischem Werkstoff bestehende Fasern.
Die beiden Vorsprünge 36 und 37 sind miteinander verschweißt. Die Verschweißung der
beiden Vorsprünge stabilisiert den Filtereinsatz 12 derart, daß der Abstand zwischen
den Geraden, auf denen die Vorsprünge 36, 37 und weitere Vorsprünge 30 angeordnet
sind, heraufgesetzt worden ist. Durch die strömungsgünstigen Seitenwandungen 41 und
42 strömt das zu filtrierende Medium laminar. Der Strömungswiderstand vermindert sich
ebenfalls durch eine geringere Anzahl von Vorsprüngen 30, 36 und 37 und damit vermindert
sich auch die zum Absaugen bzw. Durchdrücken benötigte Energie.
[0034] In Figur 3 ist ein Bearbeitungsschritt zur Herstellung des Filtereinsatzes 12 dargestellt.
Das mehrlagig ausgebildete Filtermedium 11 wird durch einen Walzspalt 43, der von
zwei Walzen 44 und 45 gebildet wird, gezogen. Die Walzen 44 und 45 weisen an ihrer
Oberfläche 46 und 47 beheizbare, unterschiedlich angeordnete und ausgebildete Prägeelemente
auf. Einerseits sind jeweils zwei den Walzenseitenwandungen 48 parallele Prägeringe
49 auf der Walzenoberfläche 46 und 47 vorgesehen; andererseits sind jeweils vier Prägeleisten
50 bis 53 parallel zur Walzendrehachse 54 und in einem rechten Winkel benachbart zueinander
angeordnet.
[0035] Ausgehend von der Walzendrehachse 54 wird der Winkel der einzelnen Prägeleisten 50
bis 53 zueinander von der Höhe der Faltenwände bestimmt. Die Prägeleisten 50 bis 53
formen nämlich beim Kontakt mit dem Filtermedium 11 im Walzspalt 43 durch thermisches
Prägen, also durch Verschweißen der einzelen aus thermoplastischen Werkstoff bestehenden
Lagen des Filtermediums 11 bzw. der thermoplastischer Fasern, die quernahtförmigen
Bereiche. Diese wirken als Filmscharniere, bilden die Faltenkanten 55 und 56 und sind
in diesem Bereich derart verdichtet, so daß keine Hohlräume mehr vorhanden sind.
Dadurch erhält das Filtermedium 11 die erwünschte Quersteifigkeit.
[0036] Das Maß des Abstands der Prägeringe 49 zueinander entspricht dem Maß des Abstands
in dem die in dieser Figur nicht dargestellten Geraden 31 bis 34 zueinander angeordnet
sind. Die Prägeringe 49 wirken beim Walzspaltendurchtritt des Filtermediums 11 den
Prägeleisten 50 bis 53 nahezu entsprechend. Lediglich die durch das thermische Prägen
erzeugten nahtförmigen Bereiche sind der Länge nach kontinuierlich ausgebildet und
geben dem Filtermedium 11 die für den weiteren Arbeitsvorgang notwendige Längssteifigkeit.
[0037] Durch einen kleinen und großen Walzendurchmesserbereich 58 und 59 der Walzen 44 und
45 und durch die Anordnung sowie Ausbildung der Prägeelemente wird das Filtermedium
unter schiedlich stark schweißbehandelt. Die nahtförmigen Bereiche, längsnahtförmige
Bereiche 301 und die Faltenkanten 55 bis 57, sind durchgeschweißt, die Oberflächen
zwischen den Faltenkanten 55 bis 57 und den längsnahtförmigen Bereichen 301 sind angeschweißt
und der Teil des Filtermediums, der den Walzspalt 43 im kleinen Walzendurchmesserbereich
58 durchtritt, ist nicht schweißbehandelt. Dadurch können in vorteilhafter Weise,
der Walzen- und Prägeelementausbildung entsprechend, unterschiedlich stark behandelte
Schweißbereiche kontinuierlich erzeugt werden.
[0038] In das Filtermedium 11, das in Figur 4 dargestellt ist, sind die Vorsprünge 30 in
die längsnahtförmigen Bereiche 301 eingeprägt. Das Filtermedium 11 entspricht im wesentlichen
dem anhand der Figuren 1a und 1b beschriebenen Filtermedium 11. Es ist lediglich
noch nicht gefaltet und die einander zugeordneten Vorsprünge 30 sind ebenfalls noch
nicht miteinander verschweißt. Der Schweiß- und Faltvorgang des Filtermediums ist
in dieser Figur anhand der Bewegungspfeile näher dargestellt.
[0039] Die Oberflächen der Vorsprünge 30 des Filtermediums 11 werden durch eine Infrarotvorrichtung
60 angestrahlt, erhitzt und somit aufgeschweißt. Unmittelbar anschließend wird das
Filtermedium 11 den Bewegungspfeilen entsprechend zusammengefaltet, so daß die einander
zugeordneten Vorsprünge aneinander anliegen. Die Erhitzung durch die Infrarotstrahlung
ist dabei so stark, daß die einander zugeordneten, aufgeschmolzenen Oberflächen der
Vorsprünge 30 erst nachdem sie aneinander anliegen erkalten und auf diese Weise miteinander
verschweißen.
[0040] Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene
bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche
von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen
Gebrauch machen.
1. Filtereinsatz, in insbesondere quaderförmiger Ausbildung, bestehend aus einer
Vielzahl von in zick-zack-förmiger Faltung angeordneten Faltenwänden für ein in Richtung
von einem Kantenbereich der Zick-Zack-Faltung in Richtung auf den gegenüberliegenden
Kantenbereich der Faltung durch den Einsatz hindurchtretendes zu filterndes Medium,
bestehend aus einem Filtermedium mit aus jeder Faltenwand in Richtung auf eine benachbarte
Faltenwand vortretenden, durch Prägung erzeugten Vorsprüngen, wobei die Vorsprünge
einander benachbarter zugewandter Faltenwände zur Abstandswahrung aneinander angrenzen
und das Filtermedium mindestens im Bereich der Vorsprünge durch Wärmeeinwirkung aushärtbar
ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Filtermedium (11) aus einem thermoplastischen Werkstoff bestehende Fasern
enthält, welche durch Verschweißung unter Wärmeeinwirkung im Bereich der Vorsprünge
(30, 36, 37) und/oder Faltenkanten (23 bis 29, 40, 55 bis 57) das Medium (11) in sich
selbst verdichten bzw. aussteifen oder mit entsprechendem Material verbinden.
2. Filtereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahtförmige Bereiche vorgesehen sind, in denen die Fasern ohne wesentliche Hohlräume
miteinander verbunden sind.
3. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium (11) mehrlagig ausgebildet ist, wobei einzelne Lagen bereichsweise
miteinander verschweißt sind.
4. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium (11) Fasern, mindestens Faseranteile, aus Polypropylen, Cellulose,
Polycarbonat, Polyamid, Teflon und/oder Polyester enthält.
5. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der äußeren Lagen des mehrlagigen Filtermediums (11) als siebartig
gelochte, folienartige Schutzschicht ausgebildet ist.
6. Filtereinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Lagen ebenfalls aus thermoplastischem Material bestehen und insbesondere
zur Erzeugung der nahtförmigen Bereiche direkt miteinander verschweißt sind.
7. Filtereinsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nahtförmigen verschweißten Bereiche als Filmscharnier ausgebildet sind.
8. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichteten Bereiche eine zusätzliche Aussteifung bildende nahtförmige
Bereiche aufweisen.
9. Filtereinsatz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Vorsprünge (30, 36, 37) benachbarter Faltenwände (15
bis 22, 38, 39) miteinander verschweißt sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Filtereinsatzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das folienartige Filtermedium (11) durch Erwärmen vorbestimmter Bereiche bei
definierter Temperatur und definiertem Druck, gleichzeitig oder nacheinander, durch
Walzen bzw. Stempel oder Kämme mit dem Bereichen versehen wird, in denen die thermoplastischen
Fasern verdichtet und verschweißt sind, so daß das Filtermedium (11) eine erhöhte
Längs- bzw. Quersteifigkeit erhält, wobei insbesondere nahtartige Bereiche unter erhöhtem
Druck bei gleicher Temperatur erzeugt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander nahtförmige, insbesondere quernahtförmige, Bereiche durch Schweißung,
sowie Verformungen, insbesondere Vorsprünge (30, 36, 37), in Form von thermischen
Prägungen des Filtermediums (11) erzeugt werden und anschließend das Filtermedium
(11) so gefaltet wird, daß die benachbarten, einander zugewandten Vorsprünge (30,
36, 37) aneinander anliegen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (30, 36, 37) vor dem Zusammenfalten von einer zugeordneten Heizvorrichtung
so hoch erhitzt werden, daß die verflüssigten Oberflächenbereiche der Vorsprünge
(30, 36, 37) erst nach dem Zusammenfalten des Filtermediums (11), wenn die angeschweißten,
benachbarten, einander zugewandten Vorsprünge (30, 36, 37) aneinander anliegen, miteinander
verschweißen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filtermedium (11) Wärmeenergie durch Infrarotstrahlung, Ultraschall, Laserstrahlung
und/oder, insbesondere kammförmige oder walzen- bzw. stempelförmige, Heizelemente
bereichsweise zugeführt wird.